Qt 学习之路 2（59）：使用流处理 XML

Qt 学习之路 2（59）：使用流处理 XML

豆子 2013年7月25日 Qt 学习之路 2 18条评论

本章开始我们将了解到如何使用 Qt 处理 XML 格式的文档。

XML（eXtensible Markup Language）是一种通用的文本格式，被广泛运用于数据交换和数据存储（虽然近年来 JSON 盛行，大有取代 XML 的趋势，但是对于一些已有系统和架构，比如 WebService，由于历史原因，仍旧会继续使用 XML）。XML 由 World Wide Web Consortium（W3C）发布，作为 SHML（Standard Generalized Markup Language）的一种轻量级方言。XML 语法类似于 HTML，与后者的主要区别在于 XML 的标签不是固定的，而是可扩展的；其语法也比 HTML 更为严格。遵循 XML 规范的 HTML 则被称为 XHTML（不过这一点有待商榷，感兴趣的话可以详见这里）。

我们说过，XML 类似一种元语言，基于 XML 可以定义出很多新语言，比如 SVG（Scalable Vector Graphics）和 MathML（Mathematical Markup Language）。SVG 是一种用于矢量绘图的描述性语言，Qt 专门提供了 QtSVG 对其进行解释；MathML 则是用于描述数学公式的语言，Qt Solutions 里面有一个 QtMmlWidget 模块专门对其进行解释。

另外一面，针对 XML 的通用处理，Qt4 提供了 QtXml 模块；针对 XML 文档的 Schema 验证以及 XPath、XQuery 和 XSLT，Qt4 和 Qt5 则提供了 QtXmlPatterns 模块。Qt 提供了三种读取 XML 文档的方法：

• QXmlStreamReader：一种快速的基于流的方式访问良格式 XML 文档，特别适合于实现一次解析器（所谓“一次解析器”，可以理解成我们只需读取文档一次，然后像一个遍历器从头到尾一次性处理 XML 文档，期间不会有反复的情况，也就是不会读完第一个标签，然后读第二个，读完第二个又返回去读第一个，这是不允许的）；
• DOM（Document Object Model）：将整个 XML 文档读入内存，构建成一个树结构，允许程序在树结构上向前向后移动导航，这是与另外两种方式最大的区别，也就是允许实现多次解析器（对应于前面所说的一次 解析器）。DOM 方式带来的问题是需要一次性将整个 XML 文档读入内存，因此会占用很大内存；
• SAX（Simple API for XML）：提供大量虚函数，以事件的形式处理 XML 文档。这种解析办法主要是由于历史原因提出的，为了解决 DOM 的内存占用提出的（在现代计算机上，这个一般已经不是问题了）。

在 Qt4 中，这三种方式都位于 QtXml 模块中。Qt5 则将QXmlStreamReader/QXmlStreamWriter移动到 QtCore 中，QtXml 则标记为“不再维护”，这已经充分表明了 Qt 的官方意向。

至于生成 XML 文档，Qt 同样提供了三种方式：

• QXmlStreamWriter，与QXmlStreamReader相对应；
• DOM 方式，首先在内存中生成 DOM 树，然后将 DOM 树写入文件。不过，除非我们程序的数据结构中本来就维护着一个 DOM 树，否则，临时生成树再写入肯定比较麻烦；
• 纯手工生成 XML 文档，显然，这是最复杂的一种方式。

使用QXmlStreamReader是 Qt 中最快最方便的读取 XML 的方法。因为QXmlStreamReader使用了递增式的解析器，适合于在整个 XML 文档中查找给定的标签、读入无法放入内存的大文件以及处理 XML 的自定义数据。

每次QXmlStreamReader的readNext()函数调用，解析器都会读取下一个元素，按照下表中展示的类型进行处理。我们通过表中所列的有关函数即可获得相应的数据值：

类型	示例	有关函数
StartDocument	–	documentVersion(),documentEncoding(),isStandaloneDocument()
EndDocument	–
StartElement	<item>	namespaceUri(),name(),attributes(),namespaceDeclarations()
EndElement	</item>	namespaceUri(),name()
Characters	AT&amp;T	text(),isWhitespace(),isCDATA()
Comment	<!– fix –>	text()
DTD	<!DOCTYPE …>	text(),notationDeclarations(),entityDeclarations(),dtdName(),dtdPublicId(),dtdSystemId()
EntityReference	&trade;	name(),text()
ProcessingInstruction	<?alert?>	processingInstructionTarget(),processingInstructionData()
Invalid	>&<!	error(), errorString()

考虑如下 XML 片段：

XHTML

<doc>
<quote>Einmal ist keinmal</quote>
</doc>

1 2 3

<doc>     <quote>Einmal ist keinmal</quote> </doc>

一次解析过后，我们通过readNext()的遍历可以获得如下信息：

 

StartDocument
StartElement (name() == "doc")
StartElement (name() == "quote")
Characters (text() == "Einmal ist keinmal")
EndElement (name() == "quote")
EndElement (name() == "doc")
EndDocument

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StartDocument StartElement (name() == "doc") StartElement (name() == "quote") Characters (text() == "Einmal ist keinmal") EndElement (name() == "quote") EndElement (name() == "doc") EndDocument

通过readNext()函数的循环调用，我们可以使用isStartElement()、isCharacters()这样的函数检查当前读取的类型，当然也可以直接使用state()函数。

下面我们看一个完整的例子。在这个例子中，我们读取一个 XML 文档，然后使用一个QTreeWidget显示出来。我们的 XML 文档如下：

XHTML

<bookindex>
<entry term="sidebearings">
<page>10</page>
<page>34-35</page>
<page>307-308</page>
</entry>
<entry term="subtraction">
<entry term="of pictures">
<page>115</page>
<page>244</page>
</entry>
<entry term="of vectors">
<page>9</page>
</entry>
</entry>
</bookindex>

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<bookindex>     <entry term="sidebearings">         <page>10</page>         <page>34-35</page>         <page>307-308</page>     </entry>     <entry term="subtraction">         <entry term="of pictures">             <page>115</page>             <page>244</page>         </entry>         <entry term="of vectors">             <page>9</page>         </entry>     </entry> </bookindex>

首先来看头文件：

 

class MainWindow : public QMainWindow
{
Q_OBJECT
public:
explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);
~MainWindow();

bool readFile(const QString &fileName);
private:
void readBookindexElement();
void readEntryElement(QTreeWidgetItem *parent);
void readPageElement(QTreeWidgetItem *parent);
void skipUnknownElement();

QTreeWidget *treeWidget;
QXmlStreamReader reader;
};

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class MainWindow : public QMainWindow {     Q_OBJECT public:     explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);     ~MainWindow();       bool readFile(const QString &fileName); private:     void readBookindexElement();     void readEntryElement(QTreeWidgetItem *parent);     void readPageElement(QTreeWidgetItem *parent);     void skipUnknownElement();       QTreeWidget *treeWidget;     QXmlStreamReader reader; };

MainWindow显然就是我们的主窗口，其构造函数也没有什么好说的：

 

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :
QMainWindow(parent)
{
setWindowTitle(tr("XML Reader"));

treeWidget = new QTreeWidget(this);
QStringList headers;
headers << "Items" << "Pages";
treeWidget->setHeaderLabels(headers);
setCentralWidget(treeWidget);
}

MainWindow::~MainWindow()
{
}

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MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :     QMainWindow(parent) {     setWindowTitle(tr("XML Reader"));       treeWidget = new QTreeWidget(this);     QStringList headers;     headers << "Items" << "Pages";     treeWidget->setHeaderLabels(headers);     setCentralWidget(treeWidget); }   MainWindow::~MainWindow() { }

接下来看几个处理 XML 文档的函数，这正是我们关注的要点：

 

bool MainWindow::readFile(const QString &fileName)
{
QFile file(fileName);
if (!file.open(QFile::ReadOnly | QFile::Text)) {
QMessageBox::critical(this, tr("Error"),
tr("Cannot read file %1").arg(fileName));
return false;
}
reader.setDevice(&file);
while (!reader.atEnd()) {
if (reader.isStartElement()) {
if (reader.name() == "bookindex") {
readBookindexElement();
} else {
reader.raiseError(tr("Not a valid book file"));
}
} else {
reader.readNext();
}
}
file.close();
if (reader.hasError()) {
QMessageBox::critical(this, tr("Error"),
tr("Failed to parse file %1").arg(fileName));
return false;
} else if (file.error() != QFile::NoError) {
QMessageBox::critical(this, tr("Error"),
tr("Cannot read file %1").arg(fileName));
return false;
}
return true;
}

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bool MainWindow::readFile(const QString &fileName) {     QFile file(fileName);     if (!file.open(QFile::ReadOnly | QFile::Text)) {         QMessageBox::critical(this, tr("Error"),                               tr("Cannot read file %1").arg(fileName));         return false;     }     reader.setDevice(&file);     while (!reader.atEnd()) {         if (reader.isStartElement()) {             if (reader.name() == "bookindex") {                 readBookindexElement();             } else {                 reader.raiseError(tr("Not a valid book file"));             }         } else {             reader.readNext();         }     }     file.close();     if (reader.hasError()) {         QMessageBox::critical(this, tr("Error"),                               tr("Failed to parse file %1").arg(fileName));         return false;     } else if (file.error() != QFile::NoError) {         QMessageBox::critical(this, tr("Error"),                               tr("Cannot read file %1").arg(fileName));         return false;     }     return true; }

readFile()函数用于打开给定文件。我们使用QFile打开文件，将其设置为QXmlStreamReader的设备。也就是说，此时QXmlStreamReader就可以从这个设备（QFile）中读取内容进行分析了。接下来便是一个 while 循环，只要没读到文件末尾，就要一直循环处理。首先判断是不是StartElement，如果是的话，再去处理 bookindex 标签。注意，因为我们的根标签就是 bookindex，如果读到的不是 bookindex，说明标签不对，就要发起一个错误（raiseError()）。如果不是StartElement（第一次进入循环的时候，由于没有事先调用readNext()，所以会进入这个分支），则调用readNext()。为什么这里要用 while 循环，XML 文档不是只有一个根标签吗？直接调用一次readNext()函数不就好了？这是因为，XML 文档在根标签之前还有别的内容，比如声明，比如 DTD，我们不能确定第一个readNext()之后就是根标签。正如我们提供的这个 XML 文档，首先是 声明，其次才是根标签。如果你说，第二个不就是根标签吗？但是 XML 文档还允许嵌入 DTD，还可以写注释，这就不确定数目了，所以为了通用起见，我们必须用 while 循环判断。处理完之后就可以关闭文件，如果有错误则显示错误。

接下来看readBookindexElement()函数：

 

void MainWindow::readBookindexElement()
{
Q_ASSERT(reader.isStartElement() && reader.name() == "bookindex");
reader.readNext();
while (!reader.atEnd()) {
if (reader.isEndElement()) {
reader.readNext();
break;
}

if (reader.isStartElement()) {
if (reader.name() == "entry") {
readEntryElement(treeWidget->invisibleRootItem());
} else {
skipUnknownElement();
}
} else {
reader.readNext();
}
}
}

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void MainWindow::readBookindexElement() {     Q_ASSERT(reader.isStartElement() && reader.name() == "bookindex");     reader.readNext();     while (!reader.atEnd()) {         if (reader.isEndElement()) {             reader.readNext();             break;         }           if (reader.isStartElement()) {             if (reader.name() == "entry") {                 readEntryElement(treeWidget->invisibleRootItem());             } else {                 skipUnknownElement();             }         } else {             reader.readNext();         }     } }

注意第一行我们加了一个断言。意思是，如果在进入函数的时候，reader 不是StartElement状态，或者说标签不是 bookindex，就认为出错。然后继续调用readNext()，获取下面的数据。后面还是 while 循环。如果是EndElement，退出，如果又是StartElement，说明是 entry 标签（注意我们的 XML 结构，bookindex 的子元素就是 entry），那么开始处理 entry，否则跳过。

那么下面来看readEntryElement()函数：

 

void MainWindow::readEntryElement(QTreeWidgetItem *parent)
{
QTreeWidgetItem *item = new QTreeWidgetItem(parent);
item->setText(0, reader.attributes().value("term").toString());

reader.readNext();
while (!reader.atEnd()) {
if (reader.isEndElement()) {
reader.readNext();
break;
}

if (reader.isStartElement()) {
if (reader.name() == "entry") {
readEntryElement(item);
} else if (reader.name() == "page") {
readPageElement(item);
} else {
skipUnknownElement();
}
} else {
reader.readNext();
}
}
}

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void MainWindow::readEntryElement(QTreeWidgetItem *parent) {     QTreeWidgetItem *item = new QTreeWidgetItem(parent);     item->setText(0, reader.attributes().value("term").toString());       reader.readNext();     while (!reader.atEnd()) {         if (reader.isEndElement()) {             reader.readNext();             break;         }           if (reader.isStartElement()) {             if (reader.name() == "entry") {                 readEntryElement(item);             } else if (reader.name() == "page") {                 readPageElement(item);             } else {                 skipUnknownElement();             }         } else {             reader.readNext();         }     } }

这个函数接受一个QTreeWidgetItem指针，作为根节点。这个节点被当做这个 entry 标签在QTreeWidget中的根节点。我们设置其名字是 entry 的 term 属性的值。然后继续读取下一个数据。同样使用 while 循环，如果是EndElement就继续读取；如果是StartElement，则按需调用readEntryElement()或者readPageElement()。由于 entry 标签是可以嵌套的，所以这里有一个递归调用。如果既不是 entry 也不是 page，则跳过位置标签。

然后是readPageElement()函数：

 

void MainWindow::readPageElement(QTreeWidgetItem *parent)
{
QString page = reader.readElementText();
if (reader.isEndElement()) {
reader.readNext();
}

QString allPages = parent->text(1);
if (!allPages.isEmpty()) {
allPages += ", ";
}
allPages += page;
parent->setText(1, allPages);
}

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void MainWindow::readPageElement(QTreeWidgetItem *parent) {     QString page = reader.readElementText();     if (reader.isEndElement()) {         reader.readNext();     }       QString allPages = parent->text(1);     if (!allPages.isEmpty()) {         allPages += ", ";     }     allPages += page;     parent->setText(1, allPages); }

由于 page 是叶子节点，没有子节点，所以不需要使用 while 循环读取。我们只是遍历了 entry 下所有的 page 标签，将其拼接成合适的字符串。

最后skipUnknownElement()函数：

 

void MainWindow::skipUnknownElement()
{
reader.readNext();
while (!reader.atEnd()) {
if (reader.isEndElement()) {
reader.readNext();
break;
}

if (reader.isStartElement()) {
skipUnknownElement();
} else {
reader.readNext();
}
}
}

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void MainWindow::skipUnknownElement() {     reader.readNext();     while (!reader.atEnd()) {         if (reader.isEndElement()) {             reader.readNext();             break;         }           if (reader.isStartElement()) {             skipUnknownElement();         } else {             reader.readNext();         }     } }

我们没办法确定到底要跳过多少位置标签，所以还是得用 while 循环读取，注意位置标签中所有子标签都是未知的，因此只要是StartElement，都直接跳过。

好了，这是我们的全部程序。只要在main()函数中调用一下即可：

 

MainWindow w;
w.readFile("books.xml");
w.show();

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MainWindow w; w.readFile("books.xml"); w.show();

然后就能看到运行结果：

值得一提的是，虽然我们的代码比较复杂，但是思路很清晰，一层一层地处理，这正是递归下降算法的有一个示例。我们曾在前面讲解布尔表达式的树模型章节使用过这个思想。